非平稳转速下气浮式叶轮动平衡测量技术研究

摘要

车用涡轮增压器是气体推动的旋转机械，可为汽车提供更强的动力，但实际运行中无法避免振动，叶轮转子是涡轮增压器的关键零件，对叶轮转子单件的高精度动平衡是保证整个设备可靠高速运行的重要手段。因此研究气浮式叶轮转子动平衡具有重要意义。 本文以车用增压涡轮机中的叶轮转子为研究对象，以振动转子力学分析和静压式气体轴承工作原理为理论依据，设计了立式气浮静压轴承的叶轮转子动平衡试验平台及测量系统，针对气浮式叶轮转子的转速波动等因素对测量精度的影响等问题，分析研究了叶轮转子动平衡振动信号的滤波、非平稳转速下振动信号的提取、半速涡动干扰信号的滤除以及以限制配重质量大小和残余振动量为限制条件的影响系数法。 本论文主要研究内容和创新点如下: 1.针对高噪声振动信号的滤波问题，以多项式曲线拟合近似信号奇异值和尺度空间数的关系，选择拟合误差最小，自动确定尺度空间数来改进多分辨奇异值分解算法，得到优于常用方法的滤波效果。 2.针对因气浮稳定性差造成的转速不稳问题与气体轴承可能存在的半速涡动干扰问题，分析局部均值分解(local mean decomposition，简称LMD)算法，从自相关法选择LMD的滑动步长、以均方根和峭度值确定LMD的筛选条件和利用奇异值分解校正PF(Product Function，简称PF)分量三个方面对其进行改进，得到非平稳转速下的更高精度的振动信号。 3.叶轮转子校正中顶面作为校正面时，加工难度高，根据实际情况将叶轮转子分为单面双测点和双面双测点的两种动平衡模式，在限制配重和残余振动量受限条件下，采用局部搜索能力更强的模拟退火算法对基于遗传算法的影响系数法进行改进，得到更高的平衡效率。 本文设计的非平稳转速下气浮式叶轮转子动平衡测量系统，更符合叶轮工作环境，一次平衡效率可达95％以上，平衡质量误差在0.05g以内，相位误差在8°以内，解决了气浮式叶轮转子在工作转速下的不平衡测量问题，平衡效果较好。

目录

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究意义以及研究背景

1．2国内外动平衡技术研究进展

1．2．1动平衡技术发展状况

1．2．2主轴支承的发展状况

1．2．3非平稳振动信号的时频域分析方法

1．2．4转子平衡的标定方法

1．2．5奇异值分解的发展状况

1．3本文主要研究内容

1．4本章小结

第2章气浮式叶轮转子动平衡测量实验台设计

2．1转子振动理论分析

2．2实验台设计方案

2．3实验台机械模块

2．3．1实验台气体支承

2．3．2实验台供气系统

2．4实验台振动测量模块

2．4．1叶轮转子

2．4．2传感器的选择

2．4．3数据采集装置的选择

2．5实验台的实现目标

2．6本章小结

3．1引言

3．2基于拟合误差最小化的自适应MRSVD的振动信号去噪

3．3基于改进的局部均值分解的振动信号提取

3．3．1局部均值分解基础理论

3．3．2基于改进局部均值分解算法的分析

3．4基于SVD改进的LMD算法

3．5转子振动信号提取方案

3．6本章小结

第4章叶轮转子动平衡的标定

4．1影响系数法

4．2基于模拟退火混合遗传算法的影响系数法

4．3模拟退火混合遗传算法的影响系数法实现

4．4本章小结

第5章气浮式叶轮动平衡测量系统的实验验证

5．1气浮式叶轮动平衡实验平台

5．2软件测量功能

5．3动平衡测量技术的实验验证

5．4本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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